Способ изготовления рельефной печатной платы

Изобретение используется в области электротехники и радиотехники, в частности при технологии изготовления рельефных печатных плат (РПП). Технический результат - изготовление рельефной платы повышенной надежности и термостойкости. Достигается тем, что способ включает формирование компонентов электрической схемы на диэлектрическом основании заготовки путем металлизации предварительно сформированных механически фрезерованием на станках с ЧПУ рельефных контуров электрической схемы, нанесение эффективного слоя меди на диэлектрическое основание, нанесение слоя красящего вещества для выделения участков, не подлежащих удалению, травление слоя меди вне рельефного контура, удаление слоя красящего вещества из рельефного контура, нанесение защитной паяльной маски методом фотолитографии с открытием контактных площадок под пайку, нанесение водорастворимого слоя флюса, высокотемпературное нанесение финишного покрытия сплавом олово-свинец. При этом перед операцией горячего лужения вводят операцию нанесения защитной паяльной маски (жидкой или сухой), что защищает поверхность РПП при операции горячего лужения в ванне с припоем ПОС. 1 пр.

 

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и радиотехники, в частности к технологии изготовления рельефных печатных плат.

Известен в качестве наиболее близкого к заявленному по технической сущности и достигаемому техническому результату субтрактивный метод металлизации РПП (патент РФ №2042292, МПК H05K 3/00, публ. БИ №23/95 от 20.08.95 г. ), по которому изготавливаются рельефные печатные платы только с легкоплавким многокомпонентным сплавом Розе в качестве финишного покрытия.

Основным недостатком данного метода является низкая температурная стойкость, т.к. проводящий рисунок РПП покрыт низкотемпературным сплавом Розе, температура плавления которого составляет 95°С.

Задачей авторов предлагаемого изобретения является разработка эффективного способа изготовления рельефных печатных плат (РПП), позволяющего проводить высокотемпературную обработку на этапе нанесения надежного финишного покрытия без риска разрушения РПП.

Новый технический результат, обеспечиваемый при использовании предлагаемого способа изготовления РПП, заключается в значительном упрощении технологии изготовления РПП с финишным покрытием ПОС, в снижении трудоемкости изготовления и себестоимости РПП при одновременном повышении их качества и надежности.

Указанные задача и новый технический результат обеспечиваются тем, что в отличие от известного способа изготовления РПП, включающего формирование компонентов электрической схемы на диэлектрическом основании заготовки путем металлизации предварительно сформированных механически фрезерованием на станках с ЧПУ рельефных контуров электрической схемы, нанесение эффективного слоя меди на диэлектрическое основание, нанесение слоя красящего вещества для выделения участков, не подлежащих удалению, травление слоя меди вне рельефного контура, удаление слоя красящего вещества из рельефного контура, нанесение защитной паяльной маски методом фотолитографии с открытием контактных площадок под пайку, нанесение водорастворимого слоя флюса, высокотемпературное нанесение финишного покрытия сплавом олово-свинец, согласно изобретению, нанесение защитной паяльной маски осуществляют на омедненный рельефный контур, после чего наносят слой водорастворимого флюса, а высокотемпературное финишное покрытие на основе сплава олово-свинец (ПОС) наносят только на открытые контактные площадки при температуре 250-280°С методом горячего оплавления с использованием подаваемого под давлением потока нагретого воздуха в сочетании с механическим воздействием для полного удаления избытков сплава олово-свинец до номинальных геометрических параметров рельефных контуров.

Предлагаемый способ поясняется следующим образом.

Рельефная печатная плата (РПП) представляет собой диэлектрическое основание, на котором реализована электрическая схема соединений, выполненная в виде металлизированных канавок (проводников), ламелей (контактных площадок), переходных и монтажных отверстий. От традиционных печатных плат РПП отличаются способом формирования рисунка, не требующим применения фотопечати (в том числе изготовления фотошаблонов), а также размещением проводящего рисунка ниже плоскости диэлектрика, что гарантирует высокие электрические характеристики и надежность конструкции. Переходные отверстия выполнены в виде двух встречных конусов «замкового» соединения, что обеспечивает высокую прочность соединения и позволяет отказаться от применения контактных площадок, в результате чего плотность монтажа повышается в несколько раз и достигает плотности монтажа 6-слойной МПП при значительно меньших габаритах.

Субтрактивный метод изготовления рельефных печатных плат включает следующие операции.

- Формирование механического рельефа на диэлектрическом основании.

- Активация и осаждение меди на всю поверхность заготовки химико-гальваническим методом, вакуумным или магнетронным напылением и т.п. на толщину 25 мкм.

- Затирание слоя краски (экранирование) в механический рельеф.

- Удаление слоя меди вне экранирующего слоя с внешней стороны контура рельефа.

- Удаление краски.

- Нанесение слоя сплава Розе горячим способом.

Предложенным выше методом изготавливаются рельефные печатные платы только с легкоплавким многокомпонентным сплавом Розе в качестве финишного покрытия.

Основным недостатком данного метода является низкая температурная стойкость, т.к. проводящий рисунок РПП покрыт низкотемпературным сплавом Розе, температура плавления которого составляет 95°С. Для увеличения прочности паяных соединений необходимо, чтобы покрытие печатных плат и припой, которым проводится пайка элементов, были одинаковыми по составу. Пайка на печатных платах выполняется припоем ПОС61, поэтому целесообразно осуществлять покрытие РПП также сплавом ПОС61 горячим методом.

Покрытие по HASL-процессу (Hot-Air Solder Leveling - выравнивание припоя горячим воздухом) - это способ горячего облуживания печатной платы погружением ее на ограниченное время в ванну с расплавленным припоем олово-свинец (ПОС 61). После удаления из ванны РПП обдувают струей горячего воздуха (воздушный нож), убирающей излишки припоя и выравнивающей покрытие.

Технология покрытия горячим ПОС (HASL- процесс) имеет следующие преимущества:

- обеспечивает высококачественную подготовку поверхности для пайки РПП;

- является лучшим способом защиты поверхности от окисления и коррозии, сохранения паяемости в течение года и более;

- качество покрытия хорошо контролируется, что позволяет легко обнаружить исправимые дефекты (непрокрытие контактных площадок или отверстий, отсутствие металлизации в отверстиях и т.д.);

- обеспечивает многократную перепайку ЭРИ;

- имеет относительно низкую стоимость процесса.

Существенный недостаток HASL-процесса - жесткий термоудар (температура сплава - 250-280°С), который испытывают платы при погружении в расплавленный припой.

При изготовлении РПП по способу-прототипу с использованием HASL-процесса возможны расслоение, вспучивание и побеление материала диэлектрика (стеклотекстолита), что, в свою очередь, вызывает снижение электрических характеристик РПП

Указанные выше недостатки устраняются при изменении технологического маршрута и введении перед операцией горячего лужения операции нанесения защитной паяльной маски (жидкой или сухой). Нанесенный фотохимическим методом слой защитной паяльной маски защищает поверхность РПП при горячем лужении в ванне с припоем ПОС 61.

Предлагаемый способ изготовления рельефной печатной платы с финишным покрытием горячим ПОС (по HASL процессу) осуществляют в следующем порядке.

- Изготовление механического рельефа.

- Подготовка заготовки к металлизации.

- Активация и осаждение металла на всю поверхность заготовки (химико-гальваническим методом, вакуумным или магнетронным напылением и т.п.) на малую толщину.

- Электрохимическое осаждение меди на всю поверхность заготовки на необходимую толщину.

- Нанесение защитного покрытия (краски), стойкого в растворах травления на поверхность заготовки.

- Зачистка внешней поверхности платы от защитного покрытия наждачной бумагой, шлифовальной машинкой, абразивными валками, зернением.

- Травление слоя меди с внешней стороны заготовки.

- Удаление защитного покрытия.

- Нанесение защитной паяльной (сухой или жидкой) маски фотохимическим методом:

- 1) нанесение маски,

- 2) экспонирование маски с помощью фотошаблона,

- 3) проявление экспонированной маски,

- 4) термодубление маски.

- Нанесение горячего ПОС по HASL процессу.

- Фрезерование РПП по контуру.

Нанесенный фотохимическим методом слой защитной паяльной маски защищает поверхность РПП при операции горячего лужения в ванне с припоем ПОС 61.

Данный маршрут позволяет изготавливать высококачественные рельефные печатные платы с финишным покрытием горячим ПОС (по HASL процессу).

Таким образом, при использовании предлагаемого способа получения рельефных печатных плат обеспечивается более высокий результат, по сравнению с прототипом, заключающийся в в значительном упрощении технологии изготовления РПП с финишным покрытием ПОС, в снижении трудоемкости изготовления и себестоимости РПП при одновременном повышении их качества и надежности.

Возможность промышленной реализации предлагаемого метода подтверждается следующими примерами.

Пример 1. Предлагаемый способ получения РПП реализован в лабораторных условиях на опытной серии заготовок ПП. Предварительно формируется рельеф печатной платы (методом фрезерования, гравирования).

Производится подготовка заготовки к металлизации гидропескоструйной обработкой или зачисткой шлифовальной машинкой и т.д.

Активируют и осаждают на всю поверхность заготовки химико-гальваническим методом, вакуумным или магнетронным напылением медь на необходимую величину.

Выполняется электрохимическое осаждение меди на всю поверхность заготовки на необходимую толщину (не менее 25 мкм в отверстиях).

Производится нанесение защитного покрытия (краски), стойкого в растворах травления на поверхность заготовки.

Выполняется зачистка внешней поверхности платы от защитного покрытия шкуркой, шлифовальной машинкой, абразивными валками, зернением.

Производится травление слоя меди с внешней стороны заготовки. Выполняется удаление защитного покрытия.

Нанесение защитной паяльной (сухой или жидкой) маски фотохимическим методом производится по следующему технологическому маршруту:

- нанесение маски,

- экспонирование маски с помощью фотошаблона,

- проявление экспонированной маски,

- термодубление маски.

Нанесение горячего ПОС по HASL процессу выполняется на установке «PENTA 550».

Использование предлагаемого метода позволяет получить рельефную печатную плату с финишным покрытием горячим ПОС (по HASL процессу), которое не выступает за внешнюю поверхность РПП.

Использование горячего лужения РПП на установке «PENTA 550» позволяет значительно упростить технологию изготовления РПП с финишным покрытием ПОС и снизить трудоемкость изготовления и себестоимость РПП при повышении их качества и надежности.

Способ изготовления рельефной печатной платы (РПП), включающий формирование компонентов электрической схемы на диэлектрическом основании заготовки путем металлизации предварительно сформированных механически фрезерованием на станках с ЧПУ рельефных контуров электрической схемы, нанесение эффективного слоя меди на диэлектрическое основание, нанесение слоя красящего вещества для выделения участков, не подлежащих удалению, травление слоя меди вне рельефного контура, удаление слоя красящего вещества из рельефного контура, нанесение защитной паяльной маски методом фотолитографии с открытием контактных площадок под пайку, нанесение водорастворимого слоя флюса, высокотемпературное нанесение финишного покрытия сплавом олово-свинец, отличающийся тем, что нанесение защитной паяльной маски осуществляют на омедненный рельефный контур, после чего наносят слой водорастворимого флюса, а высокотемпературное финишное покрытие на основе сплава олово-свинец (ПОС) наносят только на открытые контактные площадки при температуре 250-280°C методом горячего оплавления с использованием подаваемого под давлением потока нагретого воздуха в сочетании с механическим воздействием для полного удаления избытков сплава олово-свинец до номинальных геометрических параметров рельефных контуров.